陜西科技大學(xué)過程裝備與控制工程 工程流體力學(xué)04新

1、第四章第四章 流動阻力和水頭損失流動阻力和水頭損失第四章第四章 流動阻力和水頭損失流動阻力和水頭損失4.24.7：沿程水頭損失：沿程水頭損失：沿程水頭損失系數(shù)：沿程水頭損失系數(shù)22fL vhdg4.8：局部水頭損失：局部水頭損失：局部水頭損失系數(shù)：局部水頭損失系數(shù)22jvhg4.1：阻力產(chǎn)生原因及分類：阻力產(chǎn)生原因及分類wfjhhh章節(jié)結(jié)構(gòu)章節(jié)結(jié)構(gòu)3：伯努利方程阻力損失：伯努利方程阻力損失hw4.2： 與流態(tài)有關(guān)與流態(tài)有關(guān)4.3、 4.5：層流流態(tài)情形：層流流態(tài)情形4.4 、4.6、4.7 ：紊流流態(tài)情形：紊流流態(tài)情形第四章第四章 流動阻力和水頭損失流動阻力和水頭損失4.1 流動阻力產(chǎn)生的原因

2、及分類一、阻力產(chǎn)生的原因：一、阻力產(chǎn)生的原因：外因：外因：1. 斷面面積及幾何形狀斷面面積及幾何形狀2. 管路長度管路長度3. 管壁粗糙度管壁粗糙度內(nèi)因：內(nèi)因：1. 運動流體內(nèi)部質(zhì)點之間的相互摩擦，產(chǎn)生動量交換。運動流體內(nèi)部質(zhì)點之間的相互摩擦，產(chǎn)生動量交換。2. 運動流體內(nèi)部指點之間的相互碰撞，產(chǎn)生動量交換。運動流體內(nèi)部指點之間的相互碰撞，產(chǎn)生動量交換。掌握掌握第四章第四章 流動阻力和水頭損失流動阻力和水頭損失外因：外因：1. 斷面面積及幾何形狀斷面面積及幾何形狀面積：面積：A濕周：濕周： 過流斷面上與流體相接觸的固體邊界的長度過流斷面上與流體相接觸的固體邊界的長度水力半徑：水力半徑： 斷面面

3、積和濕周長度之比斷面面積和濕周長度之比ii 求（求（1 1）圓管、（）圓管、（2 2）套管、（）套管、（3 3）矩形渠道的水力半徑：）矩形渠道的水力半徑：/RA244dAdRdd第四章第四章 流動阻力和水頭損失流動阻力和水頭損失外因：外因：1. 斷面面積及幾何形狀斷面面積及幾何形狀面積：面積：A濕周：濕周： 過流斷面上與流體相接觸的固體邊界的長度過流斷面上與流體相接觸的固體邊界的長度水力半徑：水力半徑： 斷面面積和濕周長度之比斷面面積和濕周長度之比ii 求（求（1 1）圓管、（）圓管、（2 2）套管、（）套管、（3 3）矩形渠道的水力半徑：）矩形渠道的水力半徑：/RADd22()4()4DdA

4、DdRDd第四章第四章 流動阻力和水頭損失流動阻力和水頭損失外因：外因：1. 斷面面積及幾何形狀斷面面積及幾何形狀面積：面積：A濕周：濕周： 過流斷面上與流體相接觸的固體邊界的長度過流斷面上與流體相接觸的固體邊界的長度水力半徑：水力半徑： 斷面面積和濕周長度之比斷面面積和濕周長度之比ii 求（求（1 1）圓管、（）圓管、（2 2）套管、（）套管、（3 3）矩形渠道的水力半徑：）矩形渠道的水力半徑：/RA2()abRabab第四章第四章 流動阻力和水頭損失流動阻力和水頭損失說明：說明：單獨的面積或者濕周不能作為衡量管道阻力大小的標(biāo)準(zhǔn)。單獨的面積或者濕周不能作為衡量管道阻力大小的標(biāo)準(zhǔn)。水力半徑可以

5、單獨衡量管路水流阻力的大小。水力半徑可以單獨衡量管路水流阻力的大小。水力半徑與水流阻力呈水力半徑與水流阻力呈反比。反比。即：水力半徑越大，阻力越小；水力半徑越小，阻力越大。即：水力半徑越大，阻力越??；水力半徑越小，阻力越大。ii 如下幾種矩形管道，水流滿管流動，試比較各自的阻力大小。如下幾種矩形管道，水流滿管流動，試比較各自的阻力大小。aa2a0.5a1.5a0.5a24Aaa25Aaa20.754Aaa4aR 5aR 316aR 第四章第四章 流動阻力和水頭損失流動阻力和水頭損失說明：說明：單獨的面積或者濕周不能作為衡量管道阻力大小的標(biāo)準(zhǔn)。單獨的面積或者濕周不能作為衡量管道阻力大小的標(biāo)準(zhǔn)。水

6、力半徑可以單獨衡量管路水流阻力的大小。水力半徑可以單獨衡量管路水流阻力的大小。水力半徑與水流阻力呈水力半徑與水流阻力呈反比。反比。即：水力半徑越大，阻力越??；水力半徑越小，阻力越大。即：水力半徑越大，阻力越?。凰Π霃皆叫?，阻力越大。ii 如下幾種矩形管道，水流滿管流動，試比較各自的阻力大小。如下幾種矩形管道，水流滿管流動，試比較各自的阻力大小。aa2a0.5a1.5a0.5a4aR 5aR 316aR 第四章第四章 流動阻力和水頭損失流動阻力和水頭損失2. 管路長度管路長度 L水流阻力與管長成正比。水流阻力與管長成正比。3. 管壁粗糙度管壁粗糙度絕對粗糙度絕對粗糙度壁面上粗糙突起的高度。壁面

7、上粗糙突起的高度。平均粗糙度平均粗糙度壁面上粗糙顆粒的平均高度或突起高度的平均值。壁面上粗糙顆粒的平均高度或突起高度的平均值。以表示。以表示。相對粗糙度相對粗糙度/D ，管路絕對粗糙度相對于管徑的無量綱比值。管路絕對粗糙度相對于管徑的無量綱比值。一般而言，管路越粗糙，水流阻力越大。一般而言，管路越粗糙，水流阻力越大。第四章第四章 流動阻力和水頭損失流動阻力和水頭損失內(nèi)因：內(nèi)因：通過流動狀態(tài)觀察實驗，可發(fā)現(xiàn)：當(dāng)管內(nèi)流速較小時，流體質(zhì)點有序通過流動狀態(tài)觀察實驗，可發(fā)現(xiàn)：當(dāng)管內(nèi)流速較小時，流體質(zhì)點有序前進，質(zhì)點之間以相互摩擦為主，局部障礙處存在質(zhì)點碰撞；隨著管前進，質(zhì)點之間以相互摩擦為主，局部障礙處

8、存在質(zhì)點碰撞；隨著管內(nèi)流速增加，流體質(zhì)點開始發(fā)生碰撞，最終幾乎以碰撞為主。內(nèi)流速增加，流體質(zhì)點開始發(fā)生碰撞，最終幾乎以碰撞為主。流體在流動中永遠存在質(zhì)點的摩擦和撞擊現(xiàn)象，流體在流動中永遠存在質(zhì)點的摩擦和撞擊現(xiàn)象，流體質(zhì)點由于相互摩流體質(zhì)點由于相互摩擦所表現(xiàn)出的粘性，以及質(zhì)點撞擊引起速度變化所表現(xiàn)出的慣性，才擦所表現(xiàn)出的粘性，以及質(zhì)點撞擊引起速度變化所表現(xiàn)出的慣性，才是流動阻力產(chǎn)生的根本原因。是流動阻力產(chǎn)生的根本原因。第四章第四章 流動阻力和水頭損失流動阻力和水頭損失二、流動阻力及水頭損失的分類：二、流動阻力及水頭損失的分類：根據(jù)阻力產(chǎn)生的外部條件的不同，可將流動阻力分為：根據(jù)阻力產(chǎn)生的外部條件

9、的不同，可將流動阻力分為： 沿程阻力：沿程阻力：粘性造成的摩擦阻力和慣性造成的能量消耗，是液流粘性造成的摩擦阻力和慣性造成的能量消耗，是液流沿流程直管段上所產(chǎn)生的阻力。沿流程直管段上所產(chǎn)生的阻力。 局部阻力：局部阻力：液流中流速重新分布，旋渦中粘性力做功和質(zhì)點碰撞液流中流速重新分布，旋渦中粘性力做功和質(zhì)點碰撞產(chǎn)生動量交換，是液流經(jīng)過管路進口、出口、大小頭、彎頭、閘產(chǎn)生動量交換，是液流經(jīng)過管路進口、出口、大小頭、彎頭、閘門、過濾器等局部管件時產(chǎn)生的阻力。門、過濾器等局部管件時產(chǎn)生的阻力。與之相對應(yīng)，管路總水頭損失可寫為：與之相對應(yīng)，管路總水頭損失可寫為： 沿程水頭損失沿程水頭損失hf：液流因克服

10、沿程阻力而產(chǎn)生的水頭損失。液流因克服沿程阻力而產(chǎn)生的水頭損失。 局部水頭損失局部水頭損失hj：液流因克服局部阻力而產(chǎn)生的水頭損失。液流因克服局部阻力而產(chǎn)生的水頭損失。wfjhhh第四章第四章 流動阻力和水頭損失流動阻力和水頭損失4.2 兩種流態(tài)及其轉(zhuǎn)化標(biāo)準(zhǔn)掌握掌握水流因流速的不同，有兩種不同的流態(tài)水流因流速的不同，有兩種不同的流態(tài)層流、紊流層流、紊流。由此導(dǎo)致流。由此導(dǎo)致流體在流動過程中：體在流動過程中： 斷面速度分布規(guī)律不同斷面速度分布規(guī)律不同 阻力損失規(guī)律不同阻力損失規(guī)律不同因此，要討論水流流動時的速度分布及阻力損失規(guī)律，必須首先對水因此，要討論水流流動時的速度分布及阻力損失規(guī)律，必須首先

11、對水流流態(tài)有所認(rèn)識并加以判別流流態(tài)有所認(rèn)識并加以判別雷諾（雷諾（Reynolds）實驗）實驗。第四章第四章 流動阻力和水頭損失流動阻力和水頭損失實驗結(jié)論實驗結(jié)論 1：當(dāng)流速較小時，各流層流體質(zhì)點互相平行前進，質(zhì)點間互不干擾，沒當(dāng)流速較小時，各流層流體質(zhì)點互相平行前進，質(zhì)點間互不干擾，沒有橫向位置的交換。流動狀態(tài)主要表現(xiàn)為質(zhì)點摩擦有橫向位置的交換。流動狀態(tài)主要表現(xiàn)為質(zhì)點摩擦層流流態(tài)。層流流態(tài)。一、流態(tài)轉(zhuǎn)化演示實驗：雷諾（一、流態(tài)轉(zhuǎn)化演示實驗：雷諾（ReynoldsReynolds）實驗）實驗1883年，雷諾（年，雷諾（Reynolds）通過實驗揭示了不同流態(tài)的流動實質(zhì)。實）通過實驗揭示了不同流態(tài)

12、的流動實質(zhì)。實驗裝置如圖所示。驗裝置如圖所示。第四章第四章 流動阻力和水頭損失流動阻力和水頭損失實驗結(jié)論實驗結(jié)論 2：當(dāng)流速較大時，流體質(zhì)點在運動中有橫向位置的交換，各流層之間質(zhì)當(dāng)流速較大時，流體質(zhì)點在運動中有橫向位置的交換，各流層之間質(zhì)點相互混摻、互相碰撞、雜亂無章的向前運動點相互混摻、互相碰撞、雜亂無章的向前運動紊流流態(tài)。紊流流態(tài)。一、流態(tài)轉(zhuǎn)化演示實驗：雷諾（一、流態(tài)轉(zhuǎn)化演示實驗：雷諾（ReynoldsReynolds）實驗）實驗1883年，雷諾（年，雷諾（Reynolds）通過實驗揭示了不同流態(tài)的流動實質(zhì)。實）通過實驗揭示了不同流態(tài)的流動實質(zhì)。實驗裝置如圖所示。驗裝置如圖所示。第四章第四

13、章 流動阻力和水頭損失流動阻力和水頭損失實驗結(jié)論實驗結(jié)論 3：層流到紊流的中間過渡狀態(tài)稱為臨界狀態(tài)。層流到紊流的中間過渡狀態(tài)稱為臨界狀態(tài)。一、流態(tài)轉(zhuǎn)化演示實驗：雷諾（一、流態(tài)轉(zhuǎn)化演示實驗：雷諾（ReynoldsReynolds）實驗）實驗1883年，雷諾（年，雷諾（Reynolds）通過實驗揭示了不同流態(tài)的流動實質(zhì)。實）通過實驗揭示了不同流態(tài)的流動實質(zhì)。實驗裝置如圖所示。驗裝置如圖所示。第四章第四章 流動阻力和水頭損失流動阻力和水頭損失方法一：臨界流速方法一：臨界流速vc（上臨界流速）（上臨界流速）、 vc（下臨界流速）（下臨界流速）由零流速逐漸加大流速，使水流從層流過渡至紊流，其臨界狀態(tài)下的

14、由零流速逐漸加大流速，使水流從層流過渡至紊流，其臨界狀態(tài)下的流速即為流速即為vc（上臨界流速）；同理，由紊流逐漸減小流速，使水流從（上臨界流速）；同理，由紊流逐漸減小流速，使水流從紊流過渡至層流，其臨界狀態(tài)下的流速即為紊流過渡至層流，其臨界狀態(tài)下的流速即為vc（下臨界流速）。（下臨界流速）。上臨界流速與下臨界流速并不相等，有：上臨界流速與下臨界流速并不相等，有： vcRec必要條件必要條件第四章第四章 流動阻力和水頭損失流動阻力和水頭損失為什么為什么ReRec cReRec c，且數(shù)值不穩(wěn)定？，且數(shù)值不穩(wěn)定？對于流速逐漸加大，層流對于流速逐漸加大，層流紊流的正過程。層流形成紊流的紊流的正過程。

15、層流形成紊流的先決條件是渦體的形成，必要條件是先決條件是渦體的形成，必要條件是ReRec。如果流動外部環(huán)如果流動外部環(huán)境非常平穩(wěn)，沒有外部擾動。即使境非常平穩(wěn)，沒有外部擾動。即使ReRec，渦體沒有形成，流，渦體沒有形成，流態(tài)仍可能持續(xù)保持層流。一旦遇到外部擾動，渦體形成，流態(tài)態(tài)仍可能持續(xù)保持層流。一旦遇到外部擾動，渦體形成，流態(tài)即轉(zhuǎn)化為紊流。即轉(zhuǎn)化為紊流。此時的臨界值為此時的臨界值為Rec。因此：。因此： Rec Rec 。而且，。而且，受外界干擾的影響，受外界干擾的影響，Rec數(shù)值不穩(wěn)定。數(shù)值不穩(wěn)定。對于流速減小，紊流對于流速減小，紊流層流的逆過程。紊流本身存在渦體。層流的逆過程。紊流本身

16、存在渦體。隨著隨著Re的減小，當(dāng)?shù)臏p小，當(dāng)Re 時，時，管壁粗糙度管壁粗糙度對對紊流核心區(qū)的紊流核心區(qū)的流動幾乎沒有影響，流體像是在由粘性底層構(gòu)成的光滑管路中流流動幾乎沒有影響，流體像是在由粘性底層構(gòu)成的光滑管路中流動。動。對對流動阻力流動阻力的的影響不計，稱為水力光滑。影響不計，稱為水力光滑。l l紊流核心區(qū)紊流核心區(qū)層流底層區(qū)層流底層區(qū)第四章第四章 流動阻力和水頭損失流動阻力和水頭損失2.2. 水力粗糙（管）水力粗糙（管）當(dāng)當(dāng)l 時，時，管壁粗糙度管壁粗糙度暴露于紊流核心暴露于紊流核心區(qū)內(nèi)，粗糙度導(dǎo)致流體質(zhì)點之間碰撞、產(chǎn)生旋渦，增加了能量損區(qū)內(nèi)，粗糙度導(dǎo)致流體質(zhì)點之間碰撞、產(chǎn)生旋渦，增加了

17、能量損失。失。對流動阻力有很大影響，稱為水力粗糙。對流動阻力有很大影響，稱為水力粗糙。l l層流底層區(qū)層流底層區(qū)紊流核心區(qū)紊流核心區(qū)第四章第四章 流動阻力和水頭損失流動阻力和水頭損失說說 明：明：1.1. 水力光滑和水力粗糙是相對而言。隨著水力光滑和水力粗糙是相對而言。隨著v v增加，增加，ReRe增加，粘性底層厚增加，粘性底層厚度不斷減小，管路可能由水力光滑轉(zhuǎn)變?yōu)樗Υ植?。度不斷減小，管路可能由水力光滑轉(zhuǎn)變?yōu)樗Υ植凇?.2. 幾何粗糙度是絕對的，水力粗糙是相對的。常用管路的幾何粗糙度幾何粗糙度是絕對的，水力粗糙是相對的。常用管路的幾何粗糙度可查表可查表4-64-6（PagePage：124

18、124）。）。3.3. 混合摩擦介于水力光滑和水力粗糙之間。混合摩擦介于水力光滑和水力粗糙之間。第四章第四章 流動阻力和水頭損失流動阻力和水頭損失紊流中的切應(yīng)力仍滿足紊流中的切應(yīng)力仍滿足“K”型分布。型分布。其中包括粘性切應(yīng)力和附加切其中包括粘性切應(yīng)力和附加切應(yīng)力兩部分。在粘性底層附近，粘性切應(yīng)力占主導(dǎo)作用；在紊流核應(yīng)力兩部分。在粘性底層附近，粘性切應(yīng)力占主導(dǎo)作用；在紊流核心區(qū)，紊流附加切應(yīng)力占主導(dǎo)作用。心區(qū)，紊流附加切應(yīng)力占主導(dǎo)作用。五、紊流切應(yīng)力分布五、紊流切應(yīng)力分布012xyduu udy 粘性切應(yīng)力是由流體分子運動粘性切應(yīng)力是由流體分子運動造成的，由牛頓內(nèi)摩擦定律確造成的，由牛頓內(nèi)摩擦

19、定律確定；定；附加切應(yīng)力（雷諾應(yīng)力）是由附加切應(yīng)力（雷諾應(yīng)力）是由于流體質(zhì)點混雜，產(chǎn)生動量交于流體質(zhì)點混雜，產(chǎn)生動量交換和能量消耗而產(chǎn)生的，基于換和能量消耗而產(chǎn)生的，基于混合長理論給出計算公式。混合長理論給出計算公式。dudyxyu u 第四章第四章 流動阻力和水頭損失流動阻力和水頭損失1. 尼古拉茲經(jīng)驗公式尼古拉茲經(jīng)驗公式 水力光滑管內(nèi)完全發(fā)展紊流的速度分布：水力光滑管內(nèi)完全發(fā)展紊流的速度分布：粘性底層粘性底層速度線性分布速度線性分布過渡區(qū)過渡區(qū)對數(shù)分布對數(shù)分布紊流核心區(qū)紊流核心區(qū)對數(shù)分布對數(shù)分布 水力粗糙管內(nèi)完全發(fā)展紊流的速度分布：水力粗糙管內(nèi)完全發(fā)展紊流的速度分布：紊流核心區(qū)紊流核心區(qū)對

20、數(shù)分布對數(shù)分布2. 指數(shù)分布經(jīng)驗公式指數(shù)分布經(jīng)驗公式六、紊流速度分布六、紊流速度分布*xuyuy*1lnxuyCuKy*5 ln3.05xuyuy*2.5ln8.5xuyunmyuur第四章第四章 流動阻力和水頭損失流動阻力和水頭損失Re2000Re2000Re=10Re=104 4紊流流速分布的特點紊流流速分布的特點均勻化均勻化在紊流狀態(tài)下，各流層之間的質(zhì)點動量交換頻繁，速度相互干擾，導(dǎo)在紊流狀態(tài)下，各流層之間的質(zhì)點動量交換頻繁，速度相互干擾，導(dǎo)致流速分布趨于均勻化。例如：對于圓管管流，在層流流態(tài)下，速度致流速分布趨于均勻化。例如：對于圓管管流，在層流流態(tài)下，速度滿足旋轉(zhuǎn)拋物面分布，而紊流狀

21、態(tài)下速度滿足對數(shù)分布，如圖。而且，滿足旋轉(zhuǎn)拋物面分布，而紊流狀態(tài)下速度滿足對數(shù)分布，如圖。而且，隨著雷諾數(shù)的增加，速度分布均勻化的程度越高。隨著雷諾數(shù)的增加，速度分布均勻化的程度越高。Re=10Re=106 6第四章第四章 流動阻力和水頭損失流動阻力和水頭損失一、圓管沿程水頭損失計算通式一、圓管沿程水頭損失計算通式達西公式達西公式 由于紊流運動的復(fù)雜性，水力摩阻系數(shù)的計算無精確公式，它的計算由于紊流運動的復(fù)雜性，水力摩阻系數(shù)的計算無精確公式，它的計算一般借助于經(jīng)驗公式。一般借助于經(jīng)驗公式。4.7 圓管紊流沿程水力摩阻的實驗分析22fL vhdg2Re,fd第四章第四章 流動阻力和水頭損失流動阻

22、力和水頭損失二、計算沿程水力摩阻系數(shù)二、計算沿程水力摩阻系數(shù)的經(jīng)驗公式的經(jīng)驗公式1. 確定確定 的實驗方法分兩步：的實驗方法分兩步：選定某一水平管道，即選定某一水平管道，即 /d已定，作已定，作Re 關(guān)系曲線；關(guān)系曲線；變換管道，即改變變換管道，即改變/d的值，重復(fù)以上實驗的值，重復(fù)以上實驗。2. 實驗結(jié)果：繪制對應(yīng)于不同的實驗結(jié)果：繪制對應(yīng)于不同的/d值的值的Re 關(guān)系曲線，即得莫迪關(guān)系曲線，即得莫迪圖。另有：尼古拉茲、伊薩耶夫等人的實驗結(jié)果圖。圖。另有：尼古拉茲、伊薩耶夫等人的實驗結(jié)果圖。2Re,fd2222fh dgpdgL vL vRe,vd第四章第四章 流動阻力和水頭損失流動阻力和水

23、頭損失ddd莫迪圖光滑管區(qū)過渡區(qū)紊流區(qū)混合摩擦區(qū)水力粗糙區(qū)層流區(qū)abcdfg第四章第四章 流動阻力和水頭損失流動阻力和水頭損失尼古拉茲圖光滑管區(qū)過渡區(qū)紊流區(qū)混合摩擦區(qū)水力粗糙區(qū)層流區(qū)第四章第四章 流動阻力和水頭損失流動阻力和水頭損失3. 實驗結(jié)果分析實驗結(jié)果分析曲線分析曲線分析ab段：層流區(qū)段：層流區(qū) 。Re2000，各條曲線點重合，各條曲線點重合， 值與相對粗糙度值與相對粗糙度無關(guān)。此時：無關(guān)。此時： 。bc段：層流向紊流過渡區(qū)段：層流向紊流過渡區(qū)， 變化規(guī)律不明顯，無可用公式。變化規(guī)律不明顯，無可用公式。cd段：段：接近直線，斜率為接近直線，斜率為(1/4)，即，即與與 Re0.25 成反

24、比。成反比。與相對粗與相對粗糙度無關(guān)，稱為糙度無關(guān)，稱為水力光滑區(qū)水力光滑區(qū)。當(dāng)。當(dāng) 時，有：時，有：64ReRef掌握掌握8 759.73000Re0.250.3164Re伯拉休斯公式伯拉休斯公式第四章第四章 流動阻力和水頭損失流動阻力和水頭損失fg 左方：混合摩擦區(qū)左方：混合摩擦區(qū)。因。因 與與Re 和和/d 都有關(guān)，判斷公式為：當(dāng)都有關(guān)，判斷公式為：當(dāng) 時，其中時，其中: ， 有：有：fg 右方：水力粗糙區(qū)右方：水力粗糙區(qū)。因。因 與與Re 無關(guān)，而只和無關(guān)，而只和/d 有關(guān)，判斷公有關(guān)，判斷公式：當(dāng)式：當(dāng) 時，有：時，有：8 759.7665765lgRe2d665765lgRe1.1

25、116.81.8lgRe3.7d伊薩耶夫公式伊薩耶夫公式213.72lgd尼古拉茲公式尼古拉茲公式第四章第四章 流動阻力和水頭損失流動阻力和水頭損失流態(tài)流態(tài)判別標(biāo)準(zhǔn)判別標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)驗公式經(jīng)驗公式影響因素影響因素水頭損失水頭損失層流層流Re2000與與Re有關(guān)有關(guān)與與/d無關(guān)無關(guān)過渡區(qū)過渡區(qū)20003000與與Re有關(guān)有關(guān)與與/d無關(guān)無關(guān)混合混合摩擦摩擦與與Re、/d均有關(guān)均有關(guān)水力水力粗糙粗糙與與/d 有關(guān)有關(guān)與與Re無關(guān)無關(guān)RefRefRe,fdfd1fhv1.75fhv1.75 2fhv2fhv第四章第四章 流動阻力和水頭損失流動阻力和水頭損失問題問題2 2：兩根管道，一根輸油，一根輸水，當(dāng)直徑

26、，長度，邊界粗糙度均相等，兩根管道，一根輸油，一根輸水，當(dāng)直徑，長度，邊界粗糙度均相等，運動粘度油運動粘度油 水時，若兩管的雷諾數(shù)相等，問沿程水頭損失的關(guān)系如何？水時，若兩管的雷諾數(shù)相等，問沿程水頭損失的關(guān)系如何？ 答：答： hf油油hf水水 。滿足雷諾數(shù)相等，則有速度油。滿足雷諾數(shù)相等，則有速度油水，沿程損失油水，沿程損失油水。水。問題問題1 1：有兩根管道輸送有兩根管道輸送流量流量相同，一根輸油，一根輸水，當(dāng)直徑、長度、邊界相同，一根輸油，一根輸水，當(dāng)直徑、長度、邊界粗糙度均相等時，沿程水頭損失必然相等。粗糙度均相等時，沿程水頭損失必然相等。 判斷一下！判斷一下！答：錯。只有當(dāng)管流處于水力

27、粗糙區(qū)時滿足相等，沿程損失僅與答：錯。只有當(dāng)管流處于水力粗糙區(qū)時滿足相等，沿程損失僅與/d 有關(guān)，有關(guān)，與與Re無關(guān)。無關(guān)。第四章第四章 流動阻力和水頭損失流動阻力和水頭損失三、計算沿程水力摩阻三、計算沿程水力摩阻hf的步驟的步驟已知：已知：Q、d、L、，計算，計算hf 。1. Re計算：計算：2. 判別流態(tài)判別流態(tài)，確定，確定計算公式：層流、紊流計算公式：層流、紊流水力光滑、混合摩擦、水力光滑、混合摩擦、水力粗糙水力粗糙3. 根據(jù)根據(jù)達西公式計算達西公式計算 ：Revdvd22fL vhdg第四章第四章 流動阻力和水頭損失流動阻力和水頭損失四、非圓管的水力摩阻計算四、非圓管的水力摩阻計算方法

28、：把非圓管等效成圓管來計算方法：把非圓管等效成圓管來計算原則：水力半徑相等，阻力相同原則：水力半徑相等，阻力相同達西公式為：達西公式為：44AddR當(dāng)當(dāng)為當(dāng)量直徑：22flvhdg當(dāng)2Re,Revdfdd當(dāng)當(dāng)以及代入求得第四章第四章 流動阻力和水頭損失流動阻力和水頭損失已知已知: d200mm , l3000m 的舊無縫鋼管的舊無縫鋼管, 900 kg/m3, Qm90T/h, 運運動粘性系數(shù)動粘性系數(shù)在冬天為在冬天為1.092 10-4 m2/s , 夏天為夏天為0.355 10-4 m2/s 。求：冬天和夏天的沿程損失求：冬天和夏天的沿程損失hf 。解：解：3240.02778/,0.88

29、5/mQQQmsvmsd141221110.8850.2Re161920001.092 106423.62Re2fvdl vl vhmdgdg冬天：層流油柱第四章第四章 流動阻力和水頭損失流動阻力和水頭損失查表：粗糙度查表：粗糙度=0.2mm, /d=0.001或者可查莫迪圖得或者可查莫迪圖得2=0.0385。因此：因此：2420.885 0.2Re498030000.355 10vd夏天：紊流22220.03823.022fl vl vhmdgdg油柱20.2520.31640.038Re28 78 759.759.772528, 3000 Re,屬于水力光滑區(qū)第四章第四章 流動阻力和水頭損

30、失流動阻力和水頭損失一、局部水頭損失計算通式一、局部水頭損失計算通式 也可表示成為：也可表示成為： 其中：其中：為局部水力摩阻系數(shù)。為局部水力摩阻系數(shù)。v取為取為局部裝置后的流速局部裝置后的流速（特例）。（特例）。l當(dāng)當(dāng) 稱為當(dāng)量長度稱為當(dāng)量長度 ：hj相當(dāng)于相當(dāng)于l當(dāng)當(dāng)長度的等徑管產(chǎn)生的沿程水頭損失長度的等徑管產(chǎn)生的沿程水頭損失hf。 由局部水力摩阻系數(shù)確定由局部水力摩阻系數(shù)確定l當(dāng)當(dāng)?shù)闹?。的值?.8 局部水頭損失22jvhg22jlvhdg當(dāng)掌握掌握ld當(dāng)dl當(dāng)?shù)谒恼碌谒恼?流動阻力和水頭損失流動阻力和水頭損失二、二、 查表說明查表說明表表48適用于輸油管道的紊流計算。由表適用于輸油管道

31、的紊流計算。由表48查的查的 是在是在 的情況下測定的，則一般情況下要進行如下轉(zhuǎn)換：的情況下測定的，則一般情況下要進行如下轉(zhuǎn)換：層流情況下，需對所查的層流情況下，需對所查的 修正：修正： 。修正系數(shù)。修正系數(shù) 與與Re有關(guān)，見表有關(guān)，見表49。 對于輸水管路水力計算，局部水力摩阻系數(shù)對于輸水管路水力計算，局部水力摩阻系數(shù) 查附錄查附錄II（P295）。）。 000.02200.0220Re0Re第四章第四章 流動阻力和水頭損失流動阻力和水頭損失三、突然擴大三、突然擴大(收縮收縮)管水頭損失的理論分析管水頭損失的理論分析問題：已知問題：已知Q，A1，v1， A2，v2求：求：hj？解：取解：取1

32、、2斷面列方程：斷面列方程：取取1、2為控制面，列動量方程：為控制面，列動量方程：221212122jppvvhzzg11212212221()p Ap AAp AppAQ vvhj1 1v12 2p2 /A1p1 /v2A2第四章第四章 流動阻力和水頭損失流動阻力和水頭損失即有：即有：聯(lián)立解得：聯(lián)立解得：局部水頭損失的計算公式：局部水頭損失的計算公式：2222211212022jvvvvvvvhggg22221211112222222211222122jvvAvvhgAggAvvAgg包達公式包達公式22112212vvvppQvvA gg第四章第四章 流動阻力和水頭損失流動阻力和水頭損失已

33、知：已知：l11.5m， D100mm，l28m， d80mm，0.015求：求：hw？Q？解：查表求解：查表求 保險活門出口：保險活門出口： 大小頭大小頭 彎頭：彎頭： 透明過濾器：透明過濾器： 閘門：閘門：010.90031.3041.7050.4第四章第四章 流動阻力和水頭損失流動阻力和水頭損失由：由：其中：其中：且由連續(xù)性方程：且由連續(xù)性方程：取取0、2斷面列伯努利方程，有：斷面列伯努利方程，有：聯(lián)立解得：聯(lián)立解得：22222122010304052130.022220.0222jvvvdhgDgg22112222fl vl vhDgdgwjfhhh2211221221Adv Av AvvvAD2